銑鉄と錬鉄の違いについて

自然の違い

1.銑鉄

銑鉄は鉄鋼業の一次中間製品で、通常、重量比で2% から6.69%の高い炭素含有率を持つ。この炭素含有量の高さが、一般的に炭素含有量が2%未満の鉄鋼と異なる点である。

口語では鋳鉄と呼ばれることが多いが、実際には銑鉄が鋳鉄の原料である。銑鉄」という言葉は、砂床に並べた鋳型に溶けた鉄を流し込むという、子豚に似た伝統的な鋳造法に由来する。

銑鉄には、炭素のほかにも、その特性に影響を与えるいくつかの元素が含まれている：

• シリコン（0.5-3%）：黒鉛化を促進し、流動性を向上させる。
• マンガン (0.5-1.5%)：強度と硬度を高める
• 硫黄 (0.02-0.08%)：一般に不純物とみなされ、低レベルに管理されている
• リン (0.05-0.2%)：流動性を改善できるが、脆化の影響により制限されることが多い。

銑鉄は炭素含有量が高く、これらの合金元素が存在するため、独特の特性を示す：

1. 圧縮強度は高いが引張強度は低い
2. 鋳造性に優れ、複雑な鋳型に適している。
3. 優れた耐摩耗性と減衰特性
4. 限られた延性と可鍛性

銑鉄は様々な形状に容易に鋳造できるが、脆いため鋳造したままの状態では鍛造や圧延ができない。この制限が、錬鉄や低炭素鋼のような延性の高い鉄鋼材料と異なる点である。

銑鉄は、炭素含有量を減らし、様々な等級の鋼を生産するために組成を調整するために精錬される製鉄プロセスの重要な原料としての役割を果たす。また、高い圧縮強度、耐摩耗性、振動減衰性を必要とする用途の鋳鉄製品の製造にも直接使用される。

2.錬鉄

錬鉄は、歴史的に比較的純度の高い鉄として知られ、銑鉄から精製される低炭素鉄合金で、通常、炭素含有量は重量比で0.08%未満である。その特徴は、スラグを含むことで、繊維状の構造と独特の性質を持つ。

錬鉄の製造には2段階の工程がある：

1. 精錬：銑鉄を溶かし、炉で酸化させて不純物を取り除く。
2. 圧密：出来上がった鉄は、スラグを除去し、均質な組織を作るために、繰り返し加熱され、ハンマーで叩かれる。

錬鉄の主な特徴は以下の通り：

• 炭素含有量：一般に0.08%以下で、高品質の錬鉄は0.04%以下である。
• スラグ含有量1-3%（重量比）で、耐食性と溶接性に寄与する。
• 微細構造：細長いスラグ介在物による繊維状で、延性と靭性を高めている。

錬鉄の特性は、特定の用途に適している：

• 優れた耐食性、特に海洋環境
• 高い可鍛性と延性、装飾用鉄細工に最適
• 良好な溶接性と鍛造性

しかし、錬鉄の製造は、近代的な製鉄工程に比べて労働集約的でコストがかかるため、現代の製造業での使用は限られている。

銑鉄、鍛鉄、鋼鉄の違いは、主に炭素含有量と製造方法にある：

• 銑鉄：>高炉で鉄鉱石から直接生産される炭素量2%以上の鉄。
• 鍛鉄：<0.08%炭素、銑鉄から水溜りと加工を経て精製される。
• スチール：0.05-2% カーボン、基礎酸素製鋼や電気アーク炉など様々な方法で生産される。

現代の「錬鉄」製品は、伝統的な錬鉄の外観を模倣して軟鋼を加工したものであることが多い。

パフォーマンスの差

1.錬鉄の特性

錬鉄はしばしば商業純鉄と呼ばれ、他の鉄系材料とは異なる特徴的な特性を示します。炭素含有量が低い（一般的に0.08%未満）ことが特徴で、錬鉄は繊維状の微細構造を持ち、これが独特の特性の組み合わせに寄与している。

鍛鉄の最も特筆すべき特徴のひとつは、その卓越した可鍛性と延性である。これらの特性は高い塑性率に由来するもので、材料が破壊されることなく大きく変形することを可能にします。この特性により、錬鉄は複雑な成形や伸線加工を必要とする用途に特に適している。

しかし、その成形性に寄与する同じ要因が、鋼合金と比較して相対的に低い強度と硬度ももたらす。鍛鉄のブリネル硬度は通常100～140HBで、引張強度は一般に240～350MPaである。これらの機械的特性により、高応力構造用途での使用は制限されるが、鍛造や溶接作業には理想的である。

冶金学的見地から見ると、錬鉄は純度が高く炭素含有量が少ないため、特に軟鋼と比較した場合、優れた耐食性を持つ。この特性は、風化したときの独特の美的魅力と相まって、歴史的に建築鉄工や海洋用途に好まれる材料となってきた。

現代産業では、純鉄は主に電気・磁気部品に特化した用途が見出されている。その高い透磁率（通常200～5000μ）は、トランス・コア、電磁石、および効率的な磁束伝導が重要なその他の電磁デバイスに最適です。

さらに、高純度鉄は、特に微量元素の精密な制御を必要とする高級合金鋼の製造において、重要な原料としての役割を果たす。研究開発においては、鉄をベースとしたシステムにおける合金元素の影響を研究するためのベース材料として使用されることが多い。

主要な構造材料としての使用は、さまざまな鋼種に取って代わられたものの、錬鉄は、歴史的な修復プロジェクトや職人的な金属加工、その独特の特性が有利に働く特定の産業用途において、ニッチな役割を果たし続けている。

2.銑鉄の特性と分類

銑鉄は炭素含有量が高いのが特徴で、通常 3.5%から4.5%の範囲である。この組成は、優れた鋳造性と相まって、大きな硬度と耐摩耗性をもたらす。しかし、これらの特性は、脆性と無視できる可塑性という代償を伴い、銑鉄を鍛造工程に適さないものにしている。

銑鉄の分類は、主にその微細構造中に存在する炭素の形態に基づいており、3つの異なるタイプに分類される：

(1) 製鉄用銑鉄（白鉄）：
この変種では、炭素は主に炭化鉄（Fe3C）として存在し、破断面に白い外観をもたらす。炭化物の存在は、非常に硬く脆い。製鋼用銑鉄は、特に塩基性酸素炉や電気アーク炉での鉄鋼生産の主要原料として使用される。

(2) 鋳鉄（ねずみ鋳鉄）：
鋳造銑鉄は薄片状黒鉛の形で炭素を含み、その破断面に特徴的な灰色の外観を与える。黒鉛片は天然の潤滑剤として働き、機械加工性、耐摩耗性、鋳造性を向上させる。しかし、この黒鉛片は鉄マトリックスに不連続面を作り、引張強度と延性の低下につながる。鍛造や圧延には適さないが、ねずみ鋳鉄は、工作機械のベッド、エンジン・ブロック、パイプ・システムなど、振動減衰性と熱伝導性を必要とする用途に優れている。

(3) 結節鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）：
ノジュラー鋳鉄では、炭素は球状黒鉛ノジュールとして現れる。この独特な微細構造は、ねずみ鋳鉄の鋳造性と鋼鉄に近い機械的特性を兼ね備えている。ノジュラー鋳鉄は、優れた耐摩耗性と機械加工性を維持しながら、ねずみ鋳鉄と比較して優れた引張強さ、延性、耐衝撃性を示します。これらの特性は、クランクシャフト、ギア、ピストン、自動車や産業機械の様々な耐荷重部品など、重要な用途における高性能鋳物に理想的です。

(4) 合金銑：
合金銑は、銑鉄の中でも特殊な部類に属 し、シリコン、マンガン、ニッケル、クロムな どの特定の合金元素を意図的に添加して製造さ れる。一般的な例としては、フェロシリコン（FeSi）やフェロマンガン（FeMn）などがある。これらの合金銑は、製鋼に不可欠な添加物として機能し、最終的な鋼組成の精密な制御を可能にする。鉄鋼生産中に合金銑を導入することで、最終鉄鋼製品に所望の機械的特性、耐食性、または特定の冶金的特性を達成することが容易になります。